(57)【要約】【課題】  ターボチャージャにおいて、ラジアル軸受又はスラスト軸受の潤滑剤を循環型オイルから空気に変更することができるようにすることによって、ラジアル軸受やスラスト軸受の耐用寿命が短くなることがあるという問題や白煙の発生による大気汚染の問題を解消する。【解決手段】  タービン羽根２の回転をコンプレッサ羽根３に伝達するタービン軸１がラジアル動圧軸受４，５とスラスト動圧軸受６，７とによって支えられているターボチャージャにおいて、ラジアル動圧軸受４，５及びスラスト動圧軸受６，７を、空気を作動流体とするラジアル動圧軸受及びスラスト動圧軸受によってそれぞれ構成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービン羽根の回転をコンプレッサ羽根に伝達するタービン軸がラジアル軸受とスラスト軸受とによって支えられているターボチャージャにおいて、
上記ラジアル軸受が空気を作動流体とするラジアル動圧軸受であることを特徴とするターボチャージャ。
【請求項２】
上記スラスト軸受が空気を作動流体とするスラスト動圧軸受である請求項１に記載したターボチャージャ。
【請求項３】
上記スラスト動圧軸受がシール機能を有する請求項２に記載したターボチャージャ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ターボチャージャ、特に、タービン羽根の回転をコンプレッサ羽根に伝達するタービン軸がラジアル軸受とスラスト軸受とによって支えられているターボチャージャに関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関で発生する排気ガスを利用して過給を行うターボチャージャでは、タービン軸を支持するラジアル軸受やスラスト軸受の潤滑に循環型オイルを使用していた。また、従来、タービン羽根の回転をコンプレッサ羽根に伝達するタービン軸がラジアル軸受とスラスト軸受とによって支えられているハイブリッドチャージャが知られていた（特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−３１１２４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、タービン軸を支持するラジアル軸受やスラスト軸受の潤滑に循環型オイルを使用したターボチャージャでは、排気ガスの高温がタービン羽根やタービン軸を経てラジアル軸受やスラスト軸受に伝達されるので、潤滑剤としてのオイルが高温になって十分な潤滑性能を発揮しにくくなり、そのためにラジアル軸受やスラスト軸受の耐用寿命が短くなることがあるという問題があった。また、循環型オイルにはスラッジなどの異物が混入していることがあるために、その異物によってそれらの軸受が損傷を受けてそれらの耐用寿命が短くなることがあるという問題があった。さらに、潤滑剤としてのオイルが白煙の排気となってタービン側へ漏れ出し、その排気が大気を汚染することがあるという問題もあった。これらの問題は、タービン軸の回転速度の高速化を図ることについての障害になる。
【０００５】
本発明は、以上の問題に鑑みてなされたものであり、ラジアル軸受又はスラスト軸受の潤滑剤を循環型オイルから空気に変更することができるようにすることによって、ラジアル軸受やスラスト軸受の耐用寿命が短くなることがあるという問題や白煙の発生による大気汚染の問題を解消することのできるターボチャージャを提供することを目的とする。
【０００６】
また、本発明は、潤滑剤として用いる空気の漏洩をスラスト軸受によって抑制することが可能なターボチャージャを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係るターボチャージャは、タービン羽根の回転をコンプレッサ羽根に伝達するタービン軸がラジアル軸受とスラスト軸受とによって支えられているターボチャージャにおいて、上記ラジアル軸受が空気を作動流体とするラジアル動圧軸受であることを特徴としている（請求項１）。
【０００８】
上記手段とすれば、ラジアル軸受の潤滑に循環型オイルを用いる必要がなくなり、そのラジアル軸受が空気によって潤滑されるので、高温下でも十分な潤滑性能が発揮され、また、スラッジなどの異物が混入することもないので、ラジアル軸受の耐用寿命が改善される。また、白煙の排気を発生することもなくなる。
【０００９】
本発明では、上記スラスト軸受が空気を作動流体とするスラスト動圧軸受であるという構成を採用することも可能である（請求項２）。
この構成を採用すると、スラスト軸受の潤滑に循環型オイルを用いる必要がなくなり、そのスラスト軸受が空気によって潤滑されるので、高温下でも十分な潤滑性能が発揮される。また、スラッジなどの異物が混入することもないので、スラスト軸受の耐用寿命が改善される。また、白煙の排気を発生することもなくなる。
【００１０】
更に、本発明では、上記スラスト動圧軸受がシール機能を有することが望ましい（請求項３）。この構成によれば、スラスト動圧軸受のシール機能によって作動流体としての空気が外部に漏れ出すという事態が抑制又は防止される。
【発明の効果】
【００１１】
以上のように、本発明によれば、ラジアル軸受又はスラスト軸受として、空気を作動流体とするラジアル動圧軸受又はスラスト動圧軸受に変更したので、潤滑剤に循環型オイルを用いる必要がなくなってラジアル軸受やスラスト軸受の耐用寿命が短くなることがあるという問題が改善され、併せて、たとえ作動流体としての空気が漏れ出てもその空気には大気汚染の原因となる白煙の成分であるオイルのガスが含まれないために、漏れ出た作動流体によって大気が汚染されるという事態が起こらない。また、スラスト動圧軸受がシール機能を有するものでは、潤滑剤として用いる空気の漏洩がスラスト軸受によって抑制されるので、漏洩した空気が大気を汚染するという事態がいっそう起こりにくくなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１は本発明の実施形態に係るターボチャージャを概略で示した断面図、図２はラジアル動圧軸受の概略構造を示した説明図、図３はスラスト動圧軸受の概略構造を示した説明図である。
【００１３】
図１のように、この実施形態のターボチャージャは、タービン室２Ａに収容されているタービン羽根２の回転がタービン軸１によってコンプレッサ室３Ａに収容されているコンプレッサ羽根３に伝達されるようになっている。前記タービン軸１はその２箇所がラジアル動圧軸受４，５でそれぞれ支えられていると共に、タービン羽根２の円板面でなる背面２１とコンプレッサ羽根３の円板面でなる背面３１とがスラスト動圧軸受６，７によってそれぞれ支えられている。そして、ラジアル動圧軸受４，５やスラスト動圧軸受６，７は、ウォータジャケット８を備えた軸受ハウジング９の内部空間９１に配備されている。
【００１４】
このターボチャージャにおいて、内燃機関から排出された高温（たとえば８００℃程度）の排気ガスＧ１がタービン室２Ａに流入してタービン羽根２を回転させると、そのタービン羽根２の回転がタービン軸１によってコンプレッサ羽根３に伝達される。そして、コンプレッサ羽根３の回転によりコンプレッサ室３Ａ内に吸い込まれたエアＡ１が圧縮されて、たとえばエンジンの燃焼室などに過給される。また、タービン軸１は２箇所のラジアル動圧軸受４，５が発揮する径方向位置決め作用とスラスト動圧軸受６，７が発揮する軸方向位置決め作用とによって径方向及び軸方向で位置決めされた状態で回転する。
【００１５】
軸受ハウジング９の内部空間９１には、自然吸気によって外気を内部空間９１に導入するための吸気路９２が連通されていて、その吸気路９２にフィルタ９３が配備されている。そして、前記ラジアル動圧軸受４，５は、吸気路９２から内部空間９１に導入された空気を作動流体とするラジアル動圧軸受であるのに対し、前記スラスト動圧軸受６，７は、吸気路９２から内部空間９１に導入された空気を作動流体とするスラスト動圧軸受である。
【００１６】
前記ラジアル動圧軸受４，５は、タービン軸１の周囲にそれぞれ隙間Ｓ１，Ｓ２を隔てて配備されたスリーブ４１，５１の内周面に形成したラジアル動圧溝４２，５２とタービン軸１の外表面との間で成立する軸受であり、ハウジング９にスナップリング１０や緩衝体１０３（後述）で固定されている。ラジアル動圧溝４２，５２は、たとえばＶ字状又はヘリングボーン状に形成されている。なお、ラジアル動圧溝４２，５２はタービン軸１の外周面に形成されていてもよい。このラジアル動圧軸受において、タービン軸１が回転すると、ラジアル動圧溝４２，５２の作用で作動流体としての空気が隙間Ｓ１，Ｓ２内で動圧を発生し、タービン軸１とスリーブ４１，５１との間に空気膜が保持されてタービン軸１がスリーブ４１，５１に非接触で回転する。
【００１７】
また、前記スラスト動圧軸受６，７は、タービン羽根２の背面２１やコンプレッサ羽根３の背面３１の背部に隙間Ｓ３，Ｓ４を隔てて配備された環状部材でなる軸受本体６１，７１を備えていて、それらの軸受本体６１，７１の上記各背面２１，３１との対向面にポンプアウト溝６２，７２が形成されている。なお、ポンプアウト溝６２，７２は上記各背面２１，３１に形成されていてもよい。このスラスト動圧軸受６，７では、タービン軸１と共にタービン羽根２やコンプレッサ羽根３が回転すると、ポンプアウト溝６２，７２の作用で作動流体としての空気が動圧を発生して上記隙間Ｓ３，Ｓ４に空気膜が保持されるようになり、そのためにタービン軸１がスリーブ４１，５１に非接触で回転する。また、隙間Ｓ３，Ｓ４の空気圧がその周囲の圧力よりも高くなることにより、軸受ハウジング９の内部空間９１が隙間Ｓ３，Ｓ４を経てタービン室２Ａやコンプレッサ室３Ａに漏れ出すことが抑制される。これがスラスト動圧軸受６，７のシール機能であり、このシール機能は一種のメカニカルシール機能としても捉えることができるものである。
【００１８】
この実施形態のターボチャージャにおいて、ラジアル動圧軸受４，５やスラスト動圧軸受６，７は、吸気路９２を経て軸受ハウジング９の内部空間９１内に自然吸気された空気を作動流体として用いるので、その作動流体の温度が高温の排気ガスＧ１の影響を受けて上昇したとしても、それによって潤滑性能が低下することはない。そのため、ラジアル動圧軸受４，５やスラスト動圧軸受６，７の耐用性が作動流体の潤滑性能を低下によって損なわれるという事態を生じにくい。併せて、軸受ハウジング９の内部空間９１内に自然吸気される空気は、フィルター９３によって塵芥が除去された清浄な空気であるので、作動流体に含まれる塵芥によってラジアル動圧軸受４，５やスラスト動圧軸受６，７の耐用性が損なわれるという事態も起こりにくい。また、ラジアル動圧軸受４，５やスラスト動圧軸受６，７は、それらのスリーブ４１，５１及び軸受本体６１，７１が、回転部としてのタービン軸１、タービン羽根２の背面２１、コンプレッサ羽根３の背面３１と空気を作動流体として非接触回転するので高速回転特性にも優れているために、タービン軸１の回転速度の高速化にも対処することができるようになる。さらに、ラジアル動圧軸受４，５やスラスト動圧軸受６，７の作動流体が、白煙を生じさせるオイルのガスを含まない空気であるため、たとえ作動流体が軸受ハウジング９の外部に漏れ出ても、漏れ出た作動流体によって大気が汚染されるという事態の起こる余地がなくなるという利点がある。
【００１９】
また、前記スラスト動圧軸受６，７が、上記したようにメカニカルシールに準じるようなシール作用を発揮するので、作動流体としての空気が漏れ出て安全性を損なうという事態が起こりにくくなる。
【００２０】
そのほか、ラジアル動圧軸受４，５やスラスト動圧軸受６、７の作動流体に空気を用いると、軸受ハウジング９にウォータジャケット８を具備させ、そのウォータジャケット８に冷却水を流通させるだけでラジアル動圧軸受４、５やスラスト動圧軸受６、７の冷却を行うことができるという利点もある。
【００２１】
ところで、自動車エンジンルームに搭載するターボチャージャでは、外部からの振動がラジアル動圧軸受４，５やスラスト動圧軸受６，７に直接に伝達されなくなるような対策を講じることが要求される。そこで、この実施形態のターボチャージャでは、図１に示したように、高温の排気ガスＧ１の温度の影響を受けやすいタービン側のラジアル動圧軸受４やスラスト動圧軸受６を、耐高温特性に優れた金属製板ばね１０１，１０２を介して軸受ハウジング９に取り付けてあるのに対し、高温の排気ガスＧ１の温度の影響を受けにくいコンプレッサ側のラジアル動圧軸受５やスラスト動圧軸受７を、Ｏリングなどのゴム弾性を備えた緩衝体１０３，１０４を介して軸受ハウジング９に取り付けてある。こうしておけば、外部からの振動が金属製板ばね１０１，１０２や緩衝体１０３，１０４により吸収されるので、ラジアル動圧軸受４，５やスラスト動圧軸受６，７に振動が直接に伝わることが抑制される。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施形態に係るターボチャージャを概略で示した断面図である。
【図２】ラジアル動圧軸受の概略構造を示した説明図である。
【図３】スラスト動圧軸受の概略構造を示した説明図である。
【符号の説明】
【００２３】
１  タービン軸
２  タービン羽根
３  コンプレッサ羽根
４，５  ラジアル動圧軸受  
６，７  スラスト動圧軸受  
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【手続補正書】
【提出日】平成15年11月18日(2003.11.18)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
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